JP4249778B2 - Ultra-small microphone having a leaf spring structure, speaker, speech recognition device using the same, speech synthesis device - Google Patents

Ultra-small microphone having a leaf spring structure, speaker, speech recognition device using the same, speech synthesis device Download PDF

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Description

本発明は、一般には、マイクロホン及びスピーカに関し、より詳細には、携帯電話やＰＤＡなどの携帯用の個人用ターミナルに装着されうる超小型マイクロホン及びスピーカに関する。   The present invention generally relates to a microphone and a speaker, and more particularly to an ultra-small microphone and speaker that can be attached to a portable personal terminal such as a mobile phone or a PDA.

従来のマイクロホンは、振動板の振動現象を圧電現象、電気抵抗、あるいは静電容量の原理を利用して電気的な信号に変える。また、従来のスピーカは、圧電現象や静電容量の原理を利用して、電気的な信号を振動音に変える技術を使用する。このような技術は、半導体工程技術を通じてさらに発展した。   The conventional microphone changes the vibration phenomenon of the diaphragm into an electrical signal using the principle of piezoelectric phenomenon, electric resistance, or capacitance. In addition, the conventional speaker uses a technique for changing an electrical signal into a vibration sound by using a principle of piezoelectricity or capacitance. Such technology has been further developed through semiconductor process technology.

従来のマイクロホンやスピーカは、振動板の周辺が何れも固定部に連結されて平板共振を利用する形態である。平板共振を利用する場合、外部からの振動音が平板を十分に振動させるためには、大きいエネルギーが要求される。また、振動板の振動量は、振動板の中央で最も大きいが、その振動による応力が板全体に分布しており、感知部を板全体に分布して感度が劣る。   Conventional microphones and speakers have a configuration in which the periphery of the diaphragm is connected to a fixed portion and utilizes plate resonance. When using flat plate resonance, large energy is required in order for the vibration sound from the outside to sufficiently vibrate the flat plate. Further, the vibration amount of the diaphragm is the largest at the center of the diaphragm, but the stress due to the vibration is distributed over the entire plate, and the sensing unit is distributed over the entire plate, resulting in poor sensitivity.

スピーカの場合、振動平板を振動させる時に多量のエネルギーが要求される。このような理由で、従来の圧電型及び静電容量型のスピーカは、音圧レベルが全般的に劣る。特に、約１ｋＨｚ以下の低い周波数では、要求される音圧レベルが得られないという問題点がある。従来のマイクロホン及びスピーカは、平板振動に基づいて設計するので、高感度、高性能のために振動板を薄く製作せねばならない。   In the case of a speaker, a large amount of energy is required when vibrating the vibration plate. For this reason, conventional piezoelectric and capacitive speakers generally have poor sound pressure levels. In particular, at a low frequency of about 1 kHz or less, there is a problem that a required sound pressure level cannot be obtained. Since conventional microphones and speakers are designed based on flat plate vibration, the diaphragm must be made thin for high sensitivity and high performance.

また、従来の音声認識のためのマイクロホンや音声合成のためのスピーカは、まず一つの固有振動数を有するマイクロホンまたはスピーカを作り、必要に応じてそれぞれの単品のマイクロホンまたはスピーカを複数個結合する方式で多チャンネルマイクロホンまたはスピーカを構成する。   In addition, conventional microphones for speech recognition and speakers for speech synthesis are created by first creating a microphone or speaker having one natural frequency, and connecting a plurality of individual microphones or speakers as necessary. Configure a multi-channel microphone or speaker.

すなわち、従来には、音声認識や音声信号の変調のために、一つのマイクロホンで音声信号を受け入れ、その信号をデジタル化する方式で音声を処理する。しかし、一つのマイクロホンが全ての周波数で一定の敏感度を維持し難いので、信号自体の歪曲が起きる。   That is, conventionally, for speech recognition and speech signal modulation, a speech signal is received by a single microphone and the speech is processed by a method of digitizing the signal. However, since it is difficult for one microphone to maintain a constant sensitivity at all frequencies, the signal itself is distorted.

このように、マイクロホンまたはスピーカが一つの固有振動数のみを有する振動板で製作されているならば、低い周波数帯及び高い周波数帯の性能を何れも満足させるのは難しい。また、多様な周波数の複合音が入る時、これを周波数成分別に分解するためには、性能に優れたＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器が必要である。   Thus, if the microphone or the speaker is made of a diaphragm having only one natural frequency, it is difficult to satisfy both the low frequency band and high frequency band performance. In addition, when a complex sound with various frequencies is input, an A / D (Analog to Digital) converter with excellent performance is required to decompose it into frequency components.

本発明が解決しようとする技術的課題は、半導体工程を通じたマイクロホン及びスピーカの小型化において、低周波振動にも敏感であり、固有振動数及び帯域幅を自由に設計できるマイクロホン及びスピーカを提供する。また、本発明は、敏感度を高めたマイクロホン、及び低周波及び高周波で低電力、高性能の音圧レベルを有するスピーカを提供する。   The technical problem to be solved by the present invention is to provide a microphone and a speaker that are sensitive to low-frequency vibrations and can be freely designed for natural frequency and bandwidth in miniaturization of the microphone and speaker through a semiconductor process. . The present invention also provides a microphone with enhanced sensitivity and a speaker having low and high frequency, low power and high performance sound pressure levels.

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、音声認識や音声信号の変調のために、多数の振動板を通じて各周波数別に音を受け入れる音声認識装置及び各周波数別に音を発生させる音声合成装置を提供する。   Another technical problem to be solved by the present invention is a speech recognition device that receives sound for each frequency through a plurality of diaphragms and a speech synthesizer that generates sound for each frequency for speech recognition and modulation of speech signals. I will provide a.

課題を達成するための本発明によるマイクロホンの一実施形態は、フレーム、少なくとも一つの振動板、所定の板バネ構造を有し、フレーム及び振動板に連結される少なくとも一つの弾性部及び弾性部に位置して弾性部に伝えられる振動板の振動を感知する少なくとも一つのセンサー部を有する。   In order to achieve the object, an embodiment of a microphone according to the present invention includes a frame, at least one diaphragm, a predetermined leaf spring structure, and at least one elastic part and an elastic part connected to the frame and the diaphragm. It has at least one sensor part that senses the vibration of the diaphragm that is positioned and transmitted to the elastic part.

課題を達成するための本発明によるスピーカの一実施形態は、フレーム、少なくとも一つの振動板、所定の板バネ構造を有し、フレーム及び振動板に連結される少なくとも一つの弾性部、弾性部に位置して電気信号によって弾性板を加振する少なくとも一つの加振部を有する。   In order to achieve the object, an embodiment of a speaker according to the present invention includes a frame, at least one diaphragm, a predetermined leaf spring structure, and at least one elastic part connected to the frame and the diaphragm. It has at least one exciting part which is located and vibrates an elastic board with an electric signal.

課題を達成するための本発明による音声認識装置の一実施形態は、フレーム、複数の振動板、フレーム及び複数の振動板に連結される異なる固有振動数のための物理的な特性を有するバネ構造を有する複数の弾性部、弾性部に位置して弾性部に伝えられる振動板の振動を感知する複数のセンサー部、センサー部が感知した音声信号の周波数特性に基づいて音声認識を行う音声認識部を有する。   One embodiment of a speech recognition device according to the present invention for achieving the object comprises a frame, a plurality of diaphragms, a spring structure having physical characteristics for different natural frequencies coupled to the frames and the plurality of diaphragms A plurality of elastic parts having a plurality of sensor parts, a plurality of sensor parts that are located in the elastic parts and sense vibrations of the diaphragm transmitted to the elastic parts, and a voice recognition part that performs voice recognition based on frequency characteristics of a voice signal sensed by the sensor parts Have

課題を達成するための本発明による音声合成装置の一実施形態は、フレーム、集中質量を有する複数の振動板、フレーム及び複数の振動板に連結され、異なる固有振動数のための物理的な特性を有するバネ構造を有する複数の弾性部、弾性部に位置して弾性部に伝えられる電気信号によって振動板を振動する複数の駆動部及び音声信号の周波数特性に基づいて駆動部を駆動させて、音声信号を合成または変調する音声合成部を有する。   One embodiment of a speech synthesizer according to the present invention for achieving the object comprises a frame, a plurality of diaphragms having a concentrated mass, a frame and a plurality of diaphragms, and physical characteristics for different natural frequencies. A plurality of elastic parts having a spring structure having a plurality of driving parts that are located in the elastic part and vibrate the diaphragm by an electric signal transmitted to the elastic part, and driving the driving part based on the frequency characteristics of the audio signal, A speech synthesizer that synthesizes or modulates the speech signal.

このように本発明は、集中質量を有する振動板を利用して不連続集中質量システムに近似する形態に製作して、低周波振動にも敏感であり、固有振動数及び帯域幅を自由に設計できるマイクロホン及びスピーカを提供する。   Thus, the present invention uses a diaphragm having a concentrated mass to produce a form that approximates a discontinuous concentrated mass system, is sensitive to low-frequency vibrations, and freely designs natural frequencies and bandwidths. Provided is a microphone and a speaker.

また、応力が集中する部分の板バネ部分に圧電材料または電気抵抗材料を位置させて敏感度を高めたマイクロホンを提供し、低周波及び高周波で低電力でも高性能の音圧レベルを有するスピーカを提供する。   Also, by providing a microphone with increased sensitivity by placing a piezoelectric material or an electric resistance material on the leaf spring part where stress is concentrated, a speaker having a high-performance sound pressure level at low frequency and high frequency even at low power is provided. provide.

また、本発明は、音声認識や音声信号の変調に利用される各周波数別に音を受け入れつつ、各周波数別に音を発生させる超小型多チャンネルマイクロホン及びスピーカを提供する。   The present invention also provides an ultra-small multi-channel microphone and speaker that generate sound for each frequency while accepting sound for each frequency used for speech recognition and modulation of a sound signal.

本発明によるマイクロホン及びスピーカは、半導体工程を通じて集中質量を有する振動板を利用して不連続集中質量システムに近似する形態に製作して、固有振動数及び帯域幅を自由に設計できる。また、マイクロホンは、低周波振動にも敏感であり、スピーカは、低周波及び高周波で低電力でも高性能の音圧レベルを有する。   The microphone and the speaker according to the present invention can be manufactured in a form that approximates a discontinuous concentrated mass system using a diaphragm having concentrated mass through a semiconductor process, and the natural frequency and bandwidth can be freely designed. Microphones are also sensitive to low frequency vibrations and speakers have high performance sound pressure levels at low and high frequencies and low power.

また、本発明によるマイクロホン及びスピーカは、音声認識や音声信号の変調のために各周波数別に音を受け入れつつ各周波数別に音を発生させて、簡単にハードウェア的な音声認識及び音声合成が可能である。   In addition, the microphone and speaker according to the present invention can easily perform hardware speech recognition and speech synthesis by generating sound for each frequency while receiving sound for each frequency for speech recognition and modulation of speech signals. is there.

以下、添付された図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１Ａ及び図１Ｂは、従来のメンブレン型及びカンチレバー型のマイクロホン及びスピーカの構造である。図１Ａは、メンブレン型であり、図１Ｂは、カンチレバー型である。   1A and 1B show the structure of a conventional membrane type and cantilever type microphone and speaker. FIG. 1A is a membrane type, and FIG. 1B is a cantilever type.

図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、従来には、マイクまたはスピーカの振動板がメンブレン型やカンチレバー型に製作された。   Referring to FIGS. 1A and 1B, conventionally, a diaphragm of a microphone or a speaker is manufactured in a membrane type or a cantilever type.

しかし、メンブレン構造のマイクロホンは、感度が低い。カンチレバー型に作ったマイクロホンは、感度は優秀であるが、半導体工程で作るとき、応力によってカンチレバーが初期状態に反っており、かつ衝撃に弱いという短所がある。   However, a microphone with a membrane structure has low sensitivity. A microphone made in a cantilever type has excellent sensitivity. However, when it is made in a semiconductor process, there is a disadvantage that the cantilever is warped to the initial state due to stress and is weak against impact.

また、メンブレン型やカンチレバー型のスピーカの場合にも、次のような短所がある。メンブレン型スピーカの場合、同じ電力で平板振動を起こさねばならないので、多量のエネルギーが必要になって音圧レベルを高められないので、性能が低下する。カンチレバー型スピーカの場合、相対的に電力消耗は少ないが、対称構造ではないので、製作時に応力や熱によってその固有振動数が多少変わりうる。すなわち、カンチレバー型スピーカは、製作過程で周波数値が変わりうる。   The membrane type and cantilever type speakers also have the following disadvantages. In the case of the membrane type speaker, since the plate vibration must be generated with the same electric power, a large amount of energy is required and the sound pressure level cannot be increased, so that the performance is deteriorated. In the case of a cantilever type speaker, the power consumption is relatively small, but since it is not a symmetric structure, its natural frequency can be changed somewhat due to stress and heat during manufacture. That is, the frequency value of the cantilever type speaker can change during the manufacturing process.

図２Ａないし図２Ｃは、本発明の一実施形態によるマイクロホン及びスピーカであって、柔軟なバネ構造を有するマイクロホン及びスピーカ構造である。図２Ａ及び図２Ｂは、円板型である。図２Ａは、上方から見た図面であり、図２Ｂは、断面図である。図２Ｃは、四角板型である。   2A to 2C are microphones and speakers according to an embodiment of the present invention, which are microphones and speakers having a flexible spring structure. 2A and 2B are disk-shaped. FIG. 2A is a top view and FIG. 2B is a cross-sectional view. FIG. 2C is a square plate type.

図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、マイクロホン及びスピーカは、振動板２１０ａ,２１０ｂ,２１０ｃ及び板バネ構造を有する弾性部２２０ａ,２２０ｂ,２２０ｃで構成される。   Referring to FIGS. 2A to 2C, the microphone and the speaker include diaphragms 210a, 210b, 210c and elastic parts 220a, 220b, 220c having a leaf spring structure.

円板型の場合、振動板が地面の垂直方向に振動するとき、円板周囲に位置した薄い板が共に反りつつ、地面の垂直方向に共に動く。したがって、振動板を抑えている薄いバネ構造の円板部分が実際に応力及び変形を起こし、振動板は、変形及び応力が存在しない。   In the case of the disc type, when the diaphragm vibrates in the vertical direction of the ground, the thin plates located around the disk move together and move in the vertical direction of the ground. Therefore, the thin spring-structured disc portion holding the diaphragm actually undergoes stress and deformation, and the diaphragm is free from deformation and stress.

図２Ｂを参照すれば、本発明によるマイクロホン及びスピーカは、厚い板で下側部分を削り出して上側の薄い部分を製作する。薄く製作された部分で、中央部分は振動板とし、周辺に弾性部を製作すれば、振動板は、上下に敏感度が大きく振動する。   Referring to FIG. 2B, the microphone and the speaker according to the present invention cut out the lower part with a thick plate to produce the upper thin part. In the thinly manufactured part, the central part is a diaphragm, and if an elastic part is manufactured in the periphery, the diaphragm vibrates with great sensitivity up and down.

図２Ｃを参照すれば、図２Ｃの振動板２１０ｃ及び弾性部２２０ｃは、円形ではない直角形状であるが、薄く製作されて、薄く製作された部分で、中央部分は振動板とし、周辺に弾性部を製作すれば、振動板は、上下に敏感度が大きく振動する。   Referring to FIG. 2C, the vibration plate 210c and the elastic part 220c of FIG. 2C have a right-angled shape that is not circular, but are thinly manufactured, and are thinly manufactured. If the part is manufactured, the diaphragm vibrates with great sensitivity up and down.

図２Ａないし図２Ｃのような構造に製作されたマイクロホンは、低い音圧でも振動を起こしてさらに敏感な性能を得る。図２Ａ及び図２Ｃのような構造に製作されたスピーカは、同じパワーで駆動するとき、メンブレンを動かす時に使われるエネルギーより遥かに少ないエネルギーで同じ変位が得られるので、音圧を高めうる。   The microphone manufactured in the structure as shown in FIGS. 2A to 2C causes vibration even at a low sound pressure to obtain a more sensitive performance. When the speaker manufactured in the structure as shown in FIGS. 2A and 2C is driven with the same power, the same displacement can be obtained with much less energy than that used when moving the membrane, so that the sound pressure can be increased.

このように本発明によるマイクロホンまたはスピーカは、半導体工程に基づいて、振動板が不連続集中質量に基づいた線形振動の可能な原理を利用する。すなわち、柔軟な板バネ構造及び集中質量を有する振動板構造で、振動板の厚さ及び質量を調節するか、または板バネ構造の幅、厚さそして長さを調節して、高感度マイクロホンまたはスピーカを作りうる。   As described above, the microphone or the speaker according to the present invention uses the principle that the diaphragm can perform linear vibration based on the discontinuous concentrated mass based on the semiconductor process. That is, with a flexible leaf spring structure and a diaphragm structure with concentrated mass, the thickness and mass of the diaphragm are adjusted, or the width, thickness and length of the leaf spring structure are adjusted, Can make speakers.

本発明は、柔軟な板バネ構造を採択して振動板が不連続システムの集中質量運動方程式によって振動する原理を利用する。したがって、振動板の動きが敏感に測定されて高感度のマイクロホンを製作でき、振動板の動きに使われるエネルギーが少ないので、高性能のスピーカホンを製作しうる。   The present invention adopts a flexible leaf spring structure and utilizes the principle that the diaphragm vibrates according to the lumped mass motion equation of the discontinuous system. Accordingly, the movement of the diaphragm is sensitively measured, and a highly sensitive microphone can be manufactured. Since less energy is used for the movement of the diaphragm, a high performance speakerphone can be manufactured.

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の一実施形態によるマイクロホン及びスピーカの不連続集中質量システムにおける数学的モデリングである。図３Ａは、上面モデリングであり、図３Ｂは、側面モデリングである。   3A and 3B are mathematical modeling in a microphone and speaker discontinuous lumped mass system according to one embodiment of the present invention. FIG. 3A is top surface modeling and FIG. 3B is side modeling.

従来のカンチレバー型のマイクロホンまたはスピーカは、一側がオープンされているため、発生する熱的な変形及び工程上の応力による反り現象によって発生する固有振動数の不安定性が発生する。   Since one side of a conventional cantilever type microphone or speaker is open, instability of the natural frequency occurs due to the generated thermal deformation and the warping phenomenon due to the stress in the process.

しかし、本発明の一実施形態のような円板型の場合、上下左右対称形に製作されたので、熱や応力に対して強靭な構造となって、固有振動数の外乱に対する不安定性が非常に小さい。円板型構造で固有振動数を自由に設計しようとするならば、バネ定数と集中質量とを調節して設計しうる。   However, in the case of the disk type as in one embodiment of the present invention, it is manufactured in a symmetrical shape up and down and left and right, so it has a structure that is strong against heat and stress, and is very unstable against disturbance of the natural frequency. Small. If the natural frequency is to be designed freely with a disk-type structure, the design can be performed by adjusting the spring constant and the concentrated mass.

図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、集中荷重を有する振動板３１０及び周辺を抑えているバネ３２０構造を有する不連続集中質量システムにモデリングされうる。このような数学的なモデリングによって、マイクロホンやスピーカの設計において、平板振動方程式ではない集中質量を有する不連続システムとして解釈して振動方程式を求めうる。   Referring to FIGS. 3A and 3B, it can be modeled as a discontinuous concentrated mass system having a diaphragm 310 having a concentrated load and a spring 320 structure holding the periphery. By such mathematical modeling, the vibration equation can be obtained by interpreting as a discontinuous system having a concentrated mass that is not a plate vibration equation in the design of a microphone or a speaker.

本発明は、マイクロホンまたはスピーカを、集中質量を有する不連続システムとして解釈して固有振動数を容易に設計する。このとき、設計変数となりうるのは、バネ及び振動板の厚さ、材質、バネ板の幅、長さがある。   The present invention easily designs the natural frequency by interpreting the microphone or speaker as a discontinuous system with concentrated mass. At this time, the design variables can be the thickness and material of the spring and the diaphragm, and the width and length of the spring plate.

図３Ａ及び図３Ｂの数学的なモデリングを利用した方程式は、次の通りである。   The equations using the mathematical modeling of FIGS. 3A and 3B are as follows:

Figure 0004249778
Figure 0004249778

ここで、ｆは、加振する外部振動音、ｍは、振動板の質量、ｋｅは、板バネ構造での有効バネ定数であり、ｚは、地面の垂直方向への振幅である。このとき、この振動板構造で得られる固有振動数は、次の通りである。 Here, f is an external vibration sound to vibrate, m is the mass of the diaphragm, k e is the effective spring constant of the leaf spring structure, z is the amplitude in the vertical direction of the ground. At this time, the natural frequencies obtained by this diaphragm structure are as follows.

Figure 0004249778
Figure 0004249778

もちろん、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）解釈を通じて本構造を解析して、マイクロホン及びスピーカの固有振動数を分析して設計しうる。しかし、集中質量を有するように構造自体を振動板とバネ板との部分に分離して設計することは、本発明の範疇に属する。   Of course, this structure can be analyzed through FEM (Finite Element Method) interpretation, and the natural frequencies of the microphone and speaker can be analyzed and designed. However, it is within the scope of the present invention to design the structure itself to have a diaphragm and a spring plate so as to have a concentrated mass.

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の他の一実施形態によるマイクロホン及びスピーカである。センサー部４３０または加振部４６０が応力及び変形力が最大である地域に位置した。図４Ａは、円板型で応力及び変形力が最大である地域を表し、図４Ｂは、四角板型で応力及び変形力が最大である地域を表す。   4A and 4B are a microphone and a speaker according to another embodiment of the present invention. The sensor unit 430 or the excitation unit 460 is located in an area where the stress and deformation force are maximum. FIG. 4A shows an area where the stress and deformation force are maximum in the disc type, and FIG. 4B shows an area where the stress and deformation force is maximum in the square plate type.

図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、振動板４１０,４４０が動くとき、応力及び変形が最も頻繁に起きる所は、斜線のある楕円地域である。したがって、マイクロホンを製作する場合、ここに応力を測定する圧電材料や電気抵抗材料からなるセンサー部４３０を位置させるならば、最も敏感度を高めうる。   Referring to FIGS. 4A and 4B, when the vibration plates 410 and 440 are moved, the place where stress and deformation occur most frequently is an elliptical area with slant lines. Therefore, when a microphone is manufactured, if the sensor unit 430 made of a piezoelectric material or an electric resistance material for measuring stress is positioned here, the sensitivity can be enhanced most.

もちろん、スピーカを製作する場合にも、斜線部分に圧電材料やジルコンチタン酸鉛からなる加振部４６０を設置するならば、振動板４１０,４４０を最も効果的に振動させうる。   Of course, even when a speaker is manufactured, the diaphragms 410 and 440 can be most effectively vibrated if the vibrating portion 460 made of piezoelectric material or lead zirconate titanate is installed in the hatched portion.

静電容量方式を使用してマイクロホンやスピーカを製作する場合には、応力や変形が最大である点が直接的に使用されるよりは、板バネ構造の弾性部４２０,４５０によって低周波音響帯域での感度及び性能が優秀である。   When a microphone or speaker is manufactured using a capacitance method, the low-frequency acoustic band is generated by the elastic portions 420 and 450 having a leaf spring structure, rather than the point where stress and deformation are maximum. The sensitivity and performance at is excellent.

本発明の特徴である柔軟な板バネ構造を使用すれば、振動板４１０,４４０が動く時に弾性部４２０または加振部４６０の柔軟な部分に応力が集中するので、センサー部４３０を応力が集中する所に位置させれば、機械的に敏感度が高まる効果がある。また、応力が集中する所を利用してブリッジ回路を構成すれば、回路的にもさらに高い敏感度が得られる。   If the flexible leaf spring structure, which is a feature of the present invention, is used, stress concentrates on the flexible part of the elastic part 420 or the excitation part 460 when the diaphragms 410 and 440 move. If it is located in the place where it is, there is an effect of increasing the mechanical sensitivity. Further, if a bridge circuit is configured using a place where stress is concentrated, higher sensitivity can be obtained in terms of circuit.

また、スピーカ構造では、応力が集中する所に圧電素子あるいは静電容量型駆動器の加振部４６０を位置させれば、柔軟な板バネ構造によって低電力でも高い音圧レベルが得られるという効果が発生する。   Further, in the speaker structure, if the vibration element 460 of the piezoelectric element or the capacitive driver is located where stress is concentrated, a high sound pressure level can be obtained even at low power by a flexible leaf spring structure. Will occur.

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の一実施形態による異なる固有振動数を有するマイクロホン及びスピーカを利用した多チャンネルマイクロホン及びスピーカである。図５Ａは、多チャンネルマイクロホンであり、図５Ｂは、多チャンネルスピーカである。   5A and 5B are multi-channel microphones and speakers using microphones and speakers having different natural frequencies according to an embodiment of the present invention. FIG. 5A is a multi-channel microphone, and FIG. 5B is a multi-channel speaker.

図５Ａ及び図５Ｂを参照すれば、複数のマイクロホン及びスピーカを多チャンネルに具現して、それぞれのマイクロホン及びスピーカを多様な固有振動数を有させてハードウェア的な周波数変換装置として使用できる。   Referring to FIGS. 5A and 5B, a plurality of microphones and speakers can be implemented in multiple channels, and each microphone and speaker can be used as a hardware frequency converter with various natural frequencies.

複数のマイクロホン及びスピーカを板バネの厚さ、幅、長さや振動板の質量を変化させつつ、固有振動数をω１からωｎまで設計して製作する。各マイクロホンは、周波数成分別にそれぞれ周波数を受け入れる。これを利用して、特定の個人の音色に該当する周波数別強度を記憶して音声認識に使用しうる。 A plurality of microphones and speakers are manufactured by designing the natural frequency from ω 1 to ω n while changing the thickness, width and length of the leaf spring and the mass of the diaphragm. Each microphone receives a frequency for each frequency component. By utilizing this, the intensity for each frequency corresponding to the tone color of a specific individual can be stored and used for voice recognition.

このように、ハードウェア的な多チャンネルマイクロホンによれば、一つのマイクロホンを利用して信号を受けて、これをデジタルに変換して周波数分析を行った後に音声認識を行う既存の方法よりは遥かに正確な音声認識が可能である。   In this way, according to hardware multi-channel microphones, a signal is received using a single microphone, which is far more than the existing method of performing speech recognition after converting it to digital and performing frequency analysis. Accurate voice recognition is possible.

半導体集積化工程を利用して、マイクロホンを多チャンネル（例：２５６チャンネル）に作って、それぞれのチャンネル別に固有の振動数に最適化する。多チャンネルに作られたマイクロホンを利用して、音声信号をハードウェア的に各周波数別に受け入れた各周波数別の信号強度を利用して音声認識を行う（図５Ａを参照）。   Using a semiconductor integration process, microphones are made in multiple channels (for example, 256 channels) and optimized for a specific frequency for each channel. Using a microphone made of multiple channels, speech recognition is performed using the signal strength for each frequency obtained by receiving the audio signal for each frequency in hardware (see FIG. 5A).

各スピーカは、一つの音声信号をそれぞれの周波数別強度（図面では、ω１からωｎ）を定めて多チャンネルで音を発生し、遥かに実感に近い音を作りうる。また、必要に応じて、音をリアルタイムで変調しうる。 Each loudspeaker can generate a sound with multiple channels by determining the intensity of each audio signal for each frequency (in the drawing, ω 1 to ω n ), and can produce a sound that is much closer to the actual feeling. Also, the sound can be modulated in real time as needed.

半導体集積化工程を利用して、マイクロスピーカを多チャンネル（例：２５６チャンネル）に作ってそれぞれのチャンネル別に固有振動数に最適化する。多チャンネルに作られたマイクロスピーカを利用して、音声信号をハードウェア的に各周波数別に発生させて複合音を作ったり音声を変調したりする（図５Ｂを参照）。   Using a semiconductor integration process, a micro speaker is made into multiple channels (for example, 256 channels) and optimized to the natural frequency for each channel. Using a multi-channel micro-speaker, a sound signal is generated by hardware for each frequency to create a composite sound or modulate a sound (see FIG. 5B).

本発明の特徴である多チャンネルマイクロホン及びスピーカを利用すれば、多チャンネルマイクロホンの場合、音声信号を各周波数別に敏感にしたそれぞれのチャンネルを通じてその強度を受け入れてハードウェア的な周波数分離が可能である。多チャンネルスピーカの場合、低周波から高周波まで全ての周波数帯域の音を低電力・高性能に発生させうる。   If the multi-channel microphone and the speaker, which are the features of the present invention, are used, in the case of the multi-channel microphone, the frequency can be separated by hardware by accepting the intensity through each channel that makes the audio signal sensitive to each frequency. . In the case of a multi-channel speaker, sound in all frequency bands from low frequency to high frequency can be generated with low power and high performance.

図６は、本発明の一実施形態による異なる固有振動数を有するスピーカを利用したマイクロサイズあるいはナノサイズの楽器である。図６を参照すれば、多チャンネルスピーカを、駆動部６１０を利用して駆動させる。   FIG. 6 is a micro-sized or nano-sized musical instrument using speakers having different natural frequencies according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, the multi-channel speaker is driven using the driving unit 610.

半導体集積化工程を利用して、マイクロスピーカを多チャンネル（例：２５６チャンネル）に作ってそれぞれのチャンネル別に固有振動数に最適化する。スピーカ６１１は周波数１のオーディオを、スピーカ６１２は周波数２のオーディオを、スピーカ６１３は周波数３のオーディオを発生させる。このように、多チャンネルに作られたマイクロスピーカを利用してハードウェア的にオーディオを各周波数別に発生させて音響を発生させる。   Using a semiconductor integration process, a micro speaker is made into multiple channels (for example, 256 channels) and optimized to the natural frequency for each channel. The speaker 611 generates frequency 1 audio, the speaker 612 generates frequency 2 audio, and the speaker 613 generates frequency 3 audio. As described above, sound is generated by generating audio for each frequency in hardware using micro-speakers made of multiple channels.

すなわち、多チャンネルに作られた振動板に直接信号を与えてマイクロ／ナノサイズの楽器（例えば、マイクロ／ナノピアノ、マイクロ／ナノシロホン）機能を有するように製作しうる。   That is, it can be manufactured so as to have a function of a micro / nano size musical instrument (for example, a micro / nano piano, a micro / nano shirophone) by directly giving a signal to a diaphragm made of multiple channels.

以上、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態に具現できるということが分かるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点ではなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく、特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内にある全ての差異点は、本発明に含まれたと解釈されねばならない。   In the above, this invention was demonstrated centering on the desirable embodiment. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be embodied in variations that do not depart from the essential characteristics of the invention. Accordingly, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative, not a limiting sense. The scope of the present invention appears not in the above description but in the claims, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

本発明は、オーディオ関連の技術分野に好適に適用可能である。   The present invention can be suitably applied to audio-related technical fields.

従来のメンブレン型マイクロホン及びスピーカの構造を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the conventional membrane type microphone and speaker. 従来のカンチレバー型マイクロホン及びスピーカの構造を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the conventional cantilever type | mold microphone and a speaker. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the microphone and speaker which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the microphone and speaker which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the microphone and speaker which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカの不連続集中質量システムにおける数学的モデリングを例示する図である。FIG. 2 illustrates mathematical modeling in a discontinuous concentrated mass system of microphones and speakers according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカの不連続集中質量システムにおける数学的モデリングを例示する図である。FIG. 2 illustrates mathematical modeling in a discontinuous concentrated mass system of microphones and speakers according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカを例示する図である。It is a figure which illustrates the microphone and speaker which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るマイクロホン及びスピーカを例示する図である。It is a figure which illustrates the microphone and speaker which concern on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る異なる固有振動数を有するマイクロホンを利用した多チャンネルマイクロホンを例示する図である。It is a figure which illustrates the multichannel microphone using the microphone which has a different natural frequency based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る異なる固有振動数を有するスピーカを利用した多チャンネルスピーカを例示する図である。It is a figure which illustrates the multichannel speaker using the speaker which has a different natural frequency based on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る異なる固有振動数を有するスピーカを利用したマイクロサイズあるいはナノサイズの楽器を例示する図である。It is a figure which illustrates the instrument of the micro size or nano size using the speaker which has a different natural frequency based on one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

４００ フレーム
４１０、４４０ 振動板
４２０、４５０ 弾性部
４３０ センサー部
４６０ 加振部 400 Frame 410, 440 Diaphragm 420, 450 Elastic part 430 Sensor part 460 Excitation part

Claims (9)

フレームと、
前記フレームの中央に位置する円形振動板と、
前記円形振動板の周囲に位置する弾性部と
を同一平面上に備えたマイクロホンであって、
前記弾性部は、一定幅の板を形成する複数の溝によって構成された板バネ構造を有し、
前記弾性部の応力または変形力とが集中する前記複数の溝の端部に、前記円形振動板の振動によって圧電気現象を示す材料または前記円形振動板の振動によって電気抵抗値が変わる材料を用いて前記弾性部に伝えられる前記円形振動板の振動を感知する少なくとも一つのセンサー部を備える
ことを特徴とするマイクロホン。 Frame,
A circular diaphragm located in the center of the frame;
An elastic part located around the circular diaphragm;
On the same plane,
The elastic part has a leaf spring structure constituted by a plurality of grooves forming a plate having a constant width,
At the ends of the plurality of grooves where the stress or deformation force of the elastic portion is concentrated , a material that exhibits a piezoelectric phenomenon due to vibration of the circular diaphragm or a material that changes in electric resistance value due to vibration of the circular diaphragm is used. And at least one sensor unit for sensing the vibration of the circular diaphragm transmitted to the elastic unit.
A microphone characterized by that. 前記センサー部は、ブリッジ回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。The microphone according to claim 1, wherein the sensor unit includes a bridge circuit. 前記板バネ構造または前記円形振動板は、所定の固有振動数のための物理的な特性を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。The microphone according to claim 1, wherein the leaf spring structure or the circular diaphragm has a physical characteristic for a predetermined natural frequency. 前記円形振動板の厚さ及び質量、前記弾性部の幅、厚さ、長さのうち、少なくとも１つを用いて固有振動数を調節することを特徴とする請求項１に記載のマイクロホン。The microphone according to claim 1, wherein the natural frequency is adjusted using at least one of the thickness and mass of the circular diaphragm and the width, thickness, and length of the elastic portion. フレームと、Frame,
前記フレームの中央に位置する振動板と、A diaphragm located in the center of the frame;
前記振動板の周囲に位置する弾性部とAn elastic part located around the diaphragm;
を同一平面上に備えたスピーカであって、On the same plane,
前記弾性部は、一定幅の板を形成する複数の溝によって構成された板バネ構造を有し、  The elastic part has a leaf spring structure constituted by a plurality of grooves forming a plate having a constant width,
前記弾性部の応力または変形力とが集中する前記複数の溝の端部に、入力される電気信号によって圧電気現象を示す圧電材料を用いて前記振動板を加振する少なくとも一つの加振部を備える  At least one exciting unit that vibrates the diaphragm using a piezoelectric material that exhibits a piezoelectric phenomenon by an input electric signal at the ends of the plurality of grooves where stress or deformation force of the elastic portion is concentrated. With
ことを特徴とするスピーカ。A speaker characterized by that. 前記振動板は、円形または四角形で形成され、前記弾性部は、前記振動板の形態によって円形または四角形の板バネ構造を有することを特徴とする請求項５に記載のスピーカ。  The speaker according to claim 5, wherein the diaphragm is formed in a circular shape or a square shape, and the elastic portion has a circular or square leaf spring structure depending on a shape of the vibration plate. 前記板バネ構造は、所定の固有振動数のための物理的な特性を有することを特徴とする請求項５に記載のスピーカ。The speaker according to claim 5, wherein the leaf spring structure has physical characteristics for a predetermined natural frequency. 前記振動板の厚さ及び質量、前記弾性部の幅、厚さ、長さのうち、少なくとも１つを用いて固有振動数を調節することを特徴とする請求項５に記載のスピーカ。  The speaker according to claim 5, wherein the natural frequency is adjusted using at least one of the thickness and mass of the diaphragm and the width, thickness, and length of the elastic portion. 請求項５に記載のスピーカを複数個備え、A plurality of speakers according to claim 5 are provided,
前記複数個のスピーカは、それぞれが異なる固有振動数のための物理的特性を有するように構成され、The plurality of speakers are configured to have physical characteristics for different natural frequencies,
前記複数個のスピーカそれぞれに伝えられる電気信号によって前記振動板を振動する駆動部と、A drive unit that vibrates the diaphragm by an electrical signal transmitted to each of the plurality of speakers;
音声信号の周波数特性に基づいて前記駆動部を駆動させて音声信号を合成または変調する音声合成部と、  A voice synthesis unit that synthesizes or modulates a voice signal by driving the driving unit based on a frequency characteristic of the voice signal;
を備えることを特徴とする音声合成装置。A speech synthesizer comprising:
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